模拟与数字检波器记录精度对比及其对信噪比的影响

动圈式模拟检波器与MEMS数字检波器是当前地震勘探野外采集中非常具有代表性的两种检波器,前者的典型代表是20DX,是无源检波器;后者的典型代表是法国Sercel公司生产的DSU系列,是有源检波器.在经由地震仪采集地震信号的时候,20DX产生的模拟电信号由A/D转换器完成模数转换,由地震仪记录到磁带上;DSU系列则借助检波器自身的ASIC芯片完成模数转换.由于以上转换过程以及其他参与信号采集的元器件不同,二者的动态范围是有差异的.同时,因为20DX检波器是速度检波器,DSU系列是加速度检波器,所以容易使得人们在判定其由A/D转换器记录位数以及本底噪声定义的瞬时动态范围对数据信噪比的影响时产生混淆.基于模拟数据以及实际试验资料,验证了DSU系列加速度检波器在记录地震数据时,并没有信噪比方面的优势.     

速度、加速度检波器及其获取信息的研究(英文)

本文从两种类型的地震检波器(10hz动圈式速度检波器和压电加速度检波器)及其检测介质的两种运动动参数(速度和加速度)入手,测试和对比分析了它们的频率响应函数,指出了二者的差异。又对两种检波器进行了冲击振动试验和结果对比,分析了其响应信号的特征和携带信息的能力。并于某地区在可比条件下进行了地震数据采集对比试验,对用两种检波器采集得到的单炮资料和叠加时间剖面进行了对比分析。结果表明,加速度信号更能满足当前和今后地震勘探对地震信号的高信噪比、高精度、高分辨率和大信息量的要求。     

地震勘探中速度信号转化为加速度信号的分析及应用

目前,广泛应用在地震勘探中的检波器类型主要是速度型检波器和加速度型检波器,分别接收振动的速度信息和加速度信息,不同类型的检波器接收的地震资料具有不同的响应特征.在滩浅海地震勘探中,不同的地表区域使用不同类型的检波器接收,滩上使用速度检波器接收、海中使用加速度检波器和速度检波器组成的"双检"检波器接收,所以存在着两类检波器资料的拼接、融合处理问题.本文在理论上通过速度检波器和加速度检波器机电转化原理不同,跟踪不同物理量说明了两种信号之间的关系,并通过理论分析、实际的地震数据资料分析和证明了速度信号通过微分计算转化为加速度信号的可行性和正确性,并进行了相应的对比和验证.在滩浅海以及浅海地震勘探中应用加速度检波器和速度检波器联合采集后,应用这种转换方法进行资料的拼接处理和融合处理,得到的地震剖面质量得到了很好的提升.     

地震勘探中加速度信号转化为速度信号的分析及应用

陆上地震勘探中多采用速度型检波器接收,随着单点高密度地震勘探的开展,加速度型检波器也被日趋广泛的应用.这两种检波器接收的地震信号具有不同的响应特征,在地震勘探中经常会遇到这样的情况:两个相邻区块分别应用速度型检波器和加速度型检波器接收,需要将这两个区块的地震资料进行连片处理,两类检波器接收资料如何处理拼接?本文在理论上分析了加速度检波器测量的加速度信号和速度检波器测量的速度信号之间的数学关系;并通过数值数据模拟分析、实际的地震数据资料分析证明了加速度信号通过积分计算以及去除积分误差后转化为速度信号的可行性和正确性,并进行了相应的对比和验证.在不同类型检波器接收地震资料的拼接处理过程中应用这种转换方法进行资料处理,得到一致性很好的地震剖面.     

海陆两栖地区地震勘探新型检波器的研制及应用效果

本文分析了海陆两栖地带地震勘探中同时使 用的速度检波器和加速度检波器存在的差异及其对 地震信号的影响;在此基础上,设计研制出了陆用 压电检波器,并对其性能特点进行了分析;通过试 验资料分析,消除了海陆两种不同机理的检波器资 料的相位差的问题,陆用压电检波器和水中压电检 波器记录信号的频带和能量达到一致,提高了地震 资料的分辨率;实现了海陆地区可以同时采用相同 机理的检波器进行地震信号的接收,解决了滩海地 区速度检波器和加速度检波器长期混用的问题。     

海底地震仪的信号传递效果和噪声水平

单球式海底地震仪（以下简称OBS）由于其成本低、操作简便的优点在天然地震研究、人工地震探测中获得了广泛应用.本文首先分析多型进口和国产OBS在台湾海峡西部采集的地震数据,发现同一台OBS上的垂直向速度检波器（Z分量）的信噪比常显著低于压力检波器（H分量）,由于这两种检波器记录的都是海底的垂向振动信号,推测速度检波器的低信噪比更多的与仪器特性有关.然后从信号传递和噪声水平两方面分析影响速度检波器信噪比的因素：为检测速度检波器与OBS壳体的耦合效果,对某型宽频带OBS和陆上地震仪进行了同址同步观测试验,发现OBS的整机灵敏度有较大的差异;为分析速度检波器的水底噪声特征,以H分量记录作为基准,对比分析了同一台仪器不同站位的Z分量噪声水平,发现速度检波器在浅海区受到较大的次生干扰.本文指出OBS的内部耦合和水流次生干扰是至今尚未引起大家重视而又严重影响资料品质和多波探测成效的两个关键问题,这一研究结果对于改进OBS结构设计和制造工艺,以及OBS数据多分量处理方法研究有重要的参考意义.     

从一个野外试验看不同检波器的差异——以DSU3与20dx为例

数字检波器是近年来发展起来的一种新型检波装置.为了对比数字检波器与普通模拟检波器的差别,我们选择数字检波器DSU3与模拟检波器20 dx进行了一个针对性的野外试验.从试验结果上来看,二者主要存在四个方面的差异.通过分析差异的原因,我们认为模拟检波经过多年的应用,从理论认识到实践操作都非常成熟,但是存在容易受到电磁干扰、信号串音、漏电等现象;同时,即使经过‘类检波器反褶积’后,模拟检波器仍然难以补偿数据的‘极低频’部分;模拟检波器的灵敏度有待于进一步提高,以便降低电噪声在全部信号中所占的比例,提高信噪比;数字检波器确实在电学指标方面取得了一些进步,尤其在灵敏度、线性畸变、线性频带范围、适量保真度等方面;但是,数字检波器在耦合效应,一致性、稳定性或者抗干扰能力均存在一些问题.同时,在石油勘探中‘强噪音’以及‘多次覆盖’的双重背景下,受当前处理能力的限制,检波器电学性能方面的‘极高指标’,并不能保证地震数据的‘极高质量’.我们的研究表明:使检波器更小、更轻、更好耦合的努力与电学指标的改进具有同等重要的意义;具有良好的电学性能,更好的耦合参数,稳定性好,耐用,价格合理的检波器是我们追求的目标.     

检波器-大地耦合系统特性的振动力学解释、模态参数识别及其对地震资料的影响与消除

检波器-大地耦合系统处于地震数据采集的最前端,是地震采集中的基本问题.“耦合是指两个系统之间的相互作用.检波器和大地的耦舍是影响能量转换的重要因素之一,取决于两者之间接触的牢固程度,以及检波器的重量和接触面积等;该耦合系统中存在着自然谐振并有滤波效应”(R.E.Sheriff).多年来,对耦舍响应的研究主要集中在理论研究以及检波器耦合效果对比两个方面,并以感性描述、现象罗列居多.笔者在研究过程中设计了检波器-大地耦舍响应的测定方法,并实际测量了检波器-大地耦合响应.结果表明,检波器-大地耦合响应可以用“单自由度有阻尼的自由振动系统”来描述,涉及到“固有频率”以及“阻尼比”两个参数,并可用参数扫描法对其振动模态进行参数识别.当检波器埋置效果差时,耦合响应使得地震子波相位增加,分辨率降低;高频成分增加,信噪比降低(主要在高频端).根据测得的耦合响应对检波器接收到的数据进行“耦合反褶积”,将地震数据“还原为”地表下数十厘米处的介质振动,从而消除耦合响应,可以增强地震信号的“保真度”,提高信噪比与分辨率.由于地表介质的多变性,每一个检波器对应的耦合响应均不同,同一检波器组合中多个检波器的耦合响应存在一定差异;其中只要有一个检波器埋置差,其整体的耦合效果就会显著变差;因为耦合响应对地震数据的影响非常深刻并难以忽略,所以合成地震记录时也应该考虑耦合响应的影响.     

地震加速度信号分析与应用（英文）

在地震勘探中使用的检波器类型较多,但其感应振动产生的信号类型通常只有三种:位移、速度和加速度信号。对这三种信号产生的机理、物性特征、岩石物理意义等认识与理解皆不够透彻,因而难以对不同类型检波器做出客观的科学评价,影响了检波器各自优势的充分发挥,本文从弹簧阻尼振动理论入手研究了地震信号产生的机理,分析了地震信号的物理特征、信号与介质的物性关系以及它们的信噪比、分辨率和频谱等特征。实验室测试、野外试验与应用表明:加速度信号反映了介质的弹性特征和物性变化规律,信号强度与物性变化呈正相关,而且加速度信号具有畸变小,保真度高,高频强,频带宽的良好属性,因而,对于复杂介质的高精度地震勘探更适宜利用加速度信号。此外,根据加速度信号与物性参数关系,纵波加速度信号反映杨氏弹性模量、剪切模量和密度变化的灵敏度比一般速度信号要高,但随着密度和剪切模量值的增大灵敏度降低;对于横波来说,加速度信号反映剪切模量和密度变化的灵敏度也比一般速度信号高。     

速度、加速度检波器在超深层地震勘探中应用效果分析——以川南赤水地区为例

川南地区重要产气层之一的震旦系灯影组埋深约9000 m,以往多期地震勘探未能取得高品质资料,原因之一就是灯影组反射信息频率较低,而常规检波器(六串两并20DX-10 Hz速度型检波器)在低频段衰减严重,未能完整接收到地震反射信息.为得到深层高品质的资料,在川南赤水地区开展了不同类型检波器试验研究工作,首先研究了3种检波器(20 DX-10 Hz速度型检波器、自然频率5 Hz速度型检波器、单点陆用压电加速度检波器)的幅频特征,分析了不同检波器对低频信号接收能力的差异;对比测试了3种检波器对主频为25 Hz的雷克子波的波形、频率响应;结合实际地震资料,分析了加速度型检波器的实际地震资料在加速度域和速度域的频率特征;最后将加速度检波器地震资料转换至速度域,与其他两种速度型检波器地震资料对比分析得到以下认识:(1)加速度检波器具有宽频带特性,对提高分辨率较为有利,适用于勘探目的层相对较浅地区的高分辨率勘探.(2)加速度检波器地震资料在加速度域、速度域两种不同域的资料差别较大,前者积分转换虽然提高了低频段响应但频带变窄,不利于提高分辨率,生产中使用原始域数据更为合适.(3)野外实际资料表明,低频速度型检波器在保持常规20DX-10 Hz的勘探效果的基础上提高了低频段的响应,与加速度检波器转域后的低频效果接近,频带比加速度检波器转域后要宽,更加适合超深层地震勘探.     

滩浅海两栖地区油气地震勘探激发接收技术研究

针对海陆两栖地区地震勘探激发、接收中存在的问题,通过改造炸药震源的装药结构和起爆方式,研制出了一种新型激发震源,提高了激发信号的品质,减小了与气枪震源之闻的信号差异;在接收技术上,研制了新型压电检波器以代替常规的沼泽机电检波器,提高了接收地震信号的频率,实现了水陆相同感应机理的检波器同时接收地震信号,消除了两种不同检波器造成的信号差异;通过对两种新技术的试验分析,认为明显提高了地震资料的分辨率和信噪比,促进了海陆两栖地区地震勘探技术的发展．     

基于应变率的分布式光纤声波传感全波形反演研究

分布式光纤声波传感系统(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来迅速发展的新型地震数据采集系统.与传统地震检波器相比,DAS具有耐受恶劣环境,易实现大区域高密度观测等优点.传统地震检波器测量质点速度,而DAS接收沿光纤的轴向应变率(或应变)信号,传统基于速度—应力场弹性波方程全波形反演无法直接用于DAS数据反演.在前人DAS数据全波形反演研究中,将DAS数据转换为沿光纤的质点速度,但会放大低波数噪声,在低信噪比条件下影响反演精度.本文提出了直接基于应变率数据的DAS信号全波形反演方法.首先推导实现了直接基于应变率参数的DAS数据全波形反演理论.其次通过典型模型测试和DAS实测数据验证了直接基于应变率的全波形反演方法在DAS数据速度反演中的可行性和有效性.     

用于微动探测的低成本自存储式数字地震检波器

微动探测是利用地球表面的天然震动信号进行探测的被动源探测方法.相对于传统的物探方法,微动探测野外施工灵活,阵列形状多样,受施工场地限制小,对施工环境影响小.目前进行微动探测所用的地震检波器大多成本较高、重量和体积大,不便于运输与大规模布设.本文由微动探测方法的特点出发,优化改造了自行研发的低成本自存储式数字地震检波器,使其性能满足微动探测的需要.通过对地震计系统噪声的详细分析、微动探测原理的讨论,结合现场试验数据,探讨了该检波器应用于大规模微动探测的可行性.     

空间高密度单点地震采集数据数字组合去噪研究

以往采集为压制规则干扰,突出有效信号,野外通常根据需要采用不同的检波器组合,但直接组合会对有效信号造成不可逆转的伤害.随地震仪采集设备的发展与带道能力增强,单点激发与接收采集模式已经逐步开始推广应用,数字采集采取的单道接收能够实现对地震波场的充分采样,同时能够真实反映地震波场的物理特性,可为地震数据后期组合处理提供更大的灵活性,可根据干扰波特征在室内进行道组合处理,包括叠前组合压噪等.本文从组合压制噪音的原理入手,结合正演数据分析和实际地震数据处理效果的对比,分析了室内组合与野外组合的差别与优缺点,并以实际地震数据对不同组合方式的效果进行了验证,本文所提出的智能数字组合对于线性相干噪音具有更好压制效果,可有效地消除规则干扰和其它噪音,提高动态范围和数据保真度.     

不同深度布设台站的噪声及信号幅值特征分析

为探究地震观测中地震计检测到的噪声和信号强度均受其布设深度的影响,本文首先对CPUP和LPAZ两台站布设的不同深度地震计所得到的数据进行噪声水平和地震信号对比;其次采用对比功率谱密度的方法对两台站不同通道采集到的不同时段的噪声数据进行分析;最后比较两台站不同通道采集到的整月数据的噪声幅值、信号幅值、信噪比特征。结果显示:深度较大的通道,其噪声功率均值较小;当事件信号到来时,较深通道的地震计检测到的信号和噪声幅值比较浅通道均有所减小,在信号和噪声幅值均减小的共同影响下,信噪比有一定程度的变化,其中LPAZ台站的信噪比提高较为明显。      

光栅Bragg地震检波器的传感特性研究(英文)

针对目前石油地震勘探的瓶颈—检波器性能差的问题,设计了一种新型光纤Bragg光栅（FBG）地震检波器,阐述了其工作原理,并从理论上给出了检波器的响应函数等参数。由于FBG的传感优势,这种新型地震检波器动态范围可达94dB,灵敏度高,重量轻,造价低,是理想的新一代地震勘探信号采集单元。     

用于深部探测的地震检波器低频拓展技术

利用地震探测的方法获得地球深部精细构造,从而增强深部资源勘探和重大地质灾害预测能力,是目前地球物理学研究的热点之一.本文简要回顾了国内外深部地震探测研究的历史,分析和解释了在精确深部地震探测中保护低频地震信号的重要性和必要性.在此基础上进一步阐述了地震检波器的低频特性对获取高质量深部地震数据的意义,重点归纳总结了如何利用伺服技术、闭环极点补偿技术以及力平衡反馈技术实现地震检波器的低频拓展,并以典型深部地震探测项目为例介绍了低频检波器在深部探测中的应用及主要取得的成果.最后,结合新型材料和新型加工技术,指出了未来深部地震检波器发展的主要方向.     

基于正则化条件的地震数据局部信噪比估计方法

信噪比是衡量地震数据质量的重要指标之一,在地震数据处理和解释中有着重要的作用.目前已有的地震数据信噪比估计方法往往得到的是整个数据的全局信噪比,这种方法只能说明地震数据总体质量的好坏,无法直观细致地刻画地震信号的局部质量.本文提出一种基于正则化条件的局部信噪比估计方法.该方法的基本原理是使用正则化共轭梯度法求解局部信噪比最优解,正则化算子的参数将控制地震信号各点数据局部信噪比的平滑性.其中应用一种基于"过滤波"的级联信号估计方法来计算有效信号,该方法利用有效信号和噪声的相关性特征计算局部信噪比中的有效信号.局部信噪比估计方法利用了信号中每个数据点及其邻域各点的局部信息,避免了使用单个数据点而可能出现的信噪比不合理值,而且局部处理能够减少全局噪声对信噪比估算的影响,该方法可以更准确地表征地震资料信噪分布特征.另外,局部信噪比对去噪方法的评估也具有重要意义.理论模型测试和实际资料处理结果表明,局部信噪比估计方法能够准确反映任一给定地震信号剖面的局部信噪比特征,为非平稳地震数据质量评估提供了直观的评判标准.     

光纤布拉格光栅地震检波器的研究与应用

光纤布拉格光栅地震检波技术是一门较新的地震检波技术.实验表明,用光纤Bragg光栅做成的检波器不仅频带宽、稳定性好,而且灵敏度高,是一种较理想的地震勘探仪器.文章主要介绍了光纤布拉格光栅地震检波器的传感原理、理论计算及其工作原理,为光纤Bragg光栅地震检波器的研究以及实际应用提供了依据.     

基于深度卷积神经网络的地震数据局部信噪比估计

估计地震数据的信噪比对于地震数据的处理和解释具有重要作用.以往估计地震数据信噪比的方法都需要分离数据中的有效信号和噪声,然后再估计相应的信噪比.这些估计方法的精度严重依赖信号估计方法或噪声压制方法的有效性,往往存在偏差.本文提出一种估计地震数据局部信噪比的深度卷积神经网络模型,通过迭代训练优化参数,构建从含噪地震数据到其信噪比的特征映射.然后使用该神经网络完成信噪比的推理预测,不需要分离地震数据中的有效信号和噪声.模拟数据和实际资料的处理结果都表明,本文的方法可以准确而高效地估计局部地震数据的信噪比,为地震数据质量的定量评价提供依据.